KR0132162B1 - 종이웨브의 수축억제 건조방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 1987. 2. 13자 출원되어, 현재 계류중인 미합중국 특허 출원 제 014,569호의 일부 계속출원이다.

발명의 배경

발명의 분야

본 발명은 제지기의 건조부에서 종이웨브를 지지건조(restrained drying) 시키는 방법, 보다 상세하게는 종이웨브의 가장자리 말림(edge curling)을 방지하기 위해 종이웨브의 횡기계방향 수축을 억제하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

종이웨브 제조시, 형성된 웨브를 프레스부에서 가압하여 상당량의 습기를 제거하고, 이어서 건조부에 도입하여 습기를 더 제거함으로써 원하는 특성을 가지는 웨브를 얻게된다.

전형적인 건조부는 다수의 건조기, 즉 제1열의 건조기(상부 건조기그룹)와 제2열 건조기(하부 건조기그룹)를 포함한다. 웨브는 상, 하부 건조기를 S자곡선을 이루며 통과함으로써 웨브의 양면은 순차적으로 건조기의 외면에 노출된다.

상기 장치에서 상부 건조그룹에는 상부 건조기 펠트(felt)가 감겨져 있고, 하부 건조기그룹에는 하부 건조기 펠트가 감겨져 있다. 이상, 하부 펠트는 웨브가상, 하부 건조기 그룹의 둘레를 타고 진행하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제한다. 그러나, 상기 장치에서는 웨브가 상부건조기 그룹과 하부 건조기 그룹사이에 위치하는 동안에는 상, 하부의 펠트중 어느것도 웨브를 지지하지 않는다는 문제점이 있다. 종래, 완성된 웨브의 가장자리 말림 및 주름을 방지하기 위한 시도의 하나로서, 상, 하부 건조기의 둘레에 단일 건조기 펠트를 설치하여 웨브와 함께 진행시킴으로써 웨브가 펠트에 의해 항상 지지되도록 하는 방법이 있다. 그러나, 이방법에서는 펠트가 웨브와 하브 건조기 사이에 존재함에 의해 하부 건조기가 기능을 할 수 없으며, 웨브가 하부 건조기를 통과하는 동안 이 웨브는 펠트의 외면에 배치되므로 웨브가 펠트에 대해 펄럭이는 경향(fluttering)이 있다. 이 같은 펄럭임이 일어난다는 것은 웨브가 하부 건조기 드럼을 통과하는 동안에 지지되지 않는다는 것을 의미한다.

이상적으로는 웨브가 건조부를 통과하는 전과정 동안 웨브의 횡기계 방향 수축이 억제되어야 한다. 이와 같은 이상적인 조건은 1987.2.13자 출원되어 계류중인 미합중국 특허 출원 제014,569호에 제시되어 있는 토탈벨런(TOTAL BEL RUN) 장치를 채용하여 달성한다.

상기 특허 출원 제014,569호에 의하면 서로 접촉배치된 웨브와 펠트가 단일 건조기 그룹과 진공안내로울의 둘레를 교대로 통과하게 된다.

여기서 진공 안내로울은 전술한 단일펠트를 채용한 장치의 하부 건조기 드럼 대신 사용한 것이다. 이 진공안내로울을 웨브가 안내로울의 둘레를 통과하는 동안에 웨브를 안내로울쪽으로 진행시켜 웨브가 진공안내로울의 둘레를 통과하는 동안에 웨브를 펠트에 대해 가압시키며, 이에 의해 웨브의 횡기계방향 수축을 억제한다.

따라서, 웨브가 건조기 둘레를 통과하는 동안은 물론이고 진공안내로울의 둘레를 통과하는 동안에도 웨브이 횡기계방향 수축이 억제될 수 있다. 또한, 진공안내로울의 직경이 건조기의 직경보다 훨씬 작게 되어 있으므로 건조기와 안내로울 사이에서 웨브와 펠트가 접합상태로 진행하게 되고, 이에 의해 웨브는 건조부의 거의 전과정을 통해 횡기계방향 수축이 억제된다.

진술한 횡기계방향 수축의 억제에 의해 웨브의 가장자리 말림 및 주름의 발생이 감소되고, 완성된 웨브의 가장자리의 입상성(graininess)이 감소된다. 또한, 위와 같은 억제에 의해 헤드박스의 슬라이스 구멍이 더욱 균일해지고, 횡방향 섬유 배향성이 향상된다.

종래의 건조 공정중에 발생하는 균일하지 않은 횡방향 웨브 수축의 정도를 측정하기 위해 여러 가지 실험을 실시한 결과, 이같은 균일하지 않은 수축은 헤드박스 슬라이스의 형상, 섬유의 배향, 웨브의 신장 및 인장에너지 흡수가 그 원인이 된다는 것이 밝혀졌다.

1980년에 출판된 The Dicitionary of Paper(제4판)에 따르면 인장에너지 흡수 (이하, TEA 라함)라 함은 인장응력에 의해 종이 샘플이 파괴될 때 흡수되는 에너지를 의미한다. 그 단위는 예로써 Kg.Cm/㎠로 표시되며, 이는 거칠게 다루어지는 포장재료의 측정에 유용하다.

전술한 TOTAL BEL RUN 개념에 예시되어 있는 바와 같이 토탈노드로우(total no-draw) 건조부에 의해 가해지는 연속건조억제는 횡방향 신장과를 TEA를 제어함에 의해 완성된 웨브의 특성에 직접적인 영향을 준다. 또한, 이와같이 수축이 감소되면 웨브 가장자리의 주름 및 입상성이 감소한다.

상기 사전에 따르면 주름이라함은 비균일한 건조와 수축으로 인한 시트의 주름진 상태로, 이는 건조시 거의 억제되지 않은 종이에서 종종 발생한다라고 정의하고 있다.

또한, 입상성'이라 함은 와이어 또는 펠트 무늬, 색상의 불규칙한 분포, 및 건조시 비균일한 수축등과 같은 여러 가지 원인에 의해 발생하는 종이 또는 판의 표면상의 작은 변화라고 정의한다.

또한, 웨브의 횡방향 수축을 억제시킴에 의해 헤드박스의 슬라이스립의 구멍은 더욱 균일하게 유지되며, 개선된 횡방향 섬유배향성을 얻을 수 있다.

전술한 토탈밸런에서는 다수의 건조기와 진공로울 사이에서 웨브를 철저하게 지지하는 상태로 이송시킨다. 이 장치는 웨브의 스레팅(threading), 기계작동능력 및 웨브의 특성면에 있어 우수하다.

종래기술의 건조부에서는 젖은 종이를 주철로된 증기가열식 건조기와 간헐적으로 접촉시킴에 의해 건조시킨다. 종이와 건조기 사이의 열적 접촉은 긴장시킨 건조기 직물에 의해 유지되는데, 이 건조기 직물은 종이가 건조기의 둘레에 감겨질 때 종이에 압력을 가한다. 건조기의 직경에 따라 8-12파운드/인치의 (PL1) 전형적인 직물인장력은 6-10인치 워터게이지에 (WG) 해당하는 0.25-0.35 PSI의 직물압력을 가한다. 전술한 직물압력은 건조접착을 향상시킬 뿐 아니라 종이가 수축하지 않도록 종이에 수축 억제력을 부여한다. 그러나, 이와같은 수축억제력은 웨브가 건조기 실린더 사이를 통과함에 따라서 점차적으로 완화된다.

상기 직물 압력은 기계방향의 인장력을 가지므로 기계방향의 수축억제력을 계속 발휘하지만 횡기계방향에 대해서는 수축억제력을 발휘하지 못한다.

따라서 종이는 횡기계방향으로의 수축, 특히 종이웨브의 가장자리에서 발생하는 수축은 피할 수 없다. 종이웨브의 중심부분은 이 중심부의 외측부에 의해 적어도 부분적으로 수축억제력이 가해지므로 웨브의 가장자리보다는 수축이 다소완화된다.

위와같은 불규칙한 횡기계방향의 수축이 불규칙하게 발생하면 종이웨브의 특성(예, 스트레치, TEA, 인장성)이 불규칙해진다.

스트레치(stretch)라 함은 인장강도의 측정시 파괴점에서의 신장율로서, 통상 최초의 길이에 대한 백분율(%)로 표시된다.

웨브 가장자리의 횡방향 수축이 과도하면 웨브의 주름잡힘, 말림 및 입상성이 더욱 악화된다.

말림(curl)이라 함은 종이 샘플의 일면이 젖었을 때 발생하는 만곡상태로서, 이에 의해 사이징(sizing)의 정도를 측정한다.

수축억제력은 또한 가습팽창도(hygroexpansivity)를 증가시키며, 섬유배향에 악영향을 미친다. 가습팽창도라함은 대기의 상대습도변화에 따라 발생하는 종이치수의 변화를 말하는 것으로, 보통 백분율로 표시되는데 횡기계방향 가습팽창도가 기계방향 가습팽창도보다 수배나 높다. 이 특성은 종이시트, 종이카드 또는 건축용 보드(벽보드, 방음타일 등)등 그치수가 정확해야 하는 분야에서 매우 중요한 인자가 된다.

시판 제지기의 비균일성을 측정하고, 비균질한 수축이 제지기의 동작과 완성된 종이웨브의 특성에 미치는 영향을 측정하기 위한 다양한 실험을 실행하였다.

웨브의 횡방향 수축은 웨브가 헤드박스의 슬라이스 립으로부터 방출될 때 웨브상에 미세한 잉크방울을 떨어뜨리는 방법으로 측정하였다. 즉, 젖은 웨브상에 표시된 잉크표시 사이의 이 거리를 건조된 웨브상에 표시된 잉크 표시 사이의 거리를 서로 비교하여 횡방향 수축정도를 측정하였다.

정밀제지기를 이용한 실험결과, 수축이 매우 불균일(거의 포물선을 이룸)했다. 예상한대로, 횡방향 수축억제력이 가정적게 작용하는 웨브의 가장자리에서 최고치의 수축이 발생하였고, 웨브의 중심부, 즉 이 중심부의 외측부로부터 적어도 부분적으로 수축억제력이 가해지는 중심부에서는 최저치의 수축이 발생하였다.

이어서, 횡방향 종이샘플의 웨브턱성상의 여러 가지 변화를 측정하기 위한 실험을 행하였다. 그 결과는 이하에서 상술한다. 이 결과는 기계방향 스트레치가 횡방향에서 매우 균일하다는 것을 보여주는데, 이는 기계방향 스트레치가 기계방향의 인장력에 의해 제어되기 때문이다.

그러나, 횡기계방향의 스트레치는 매우 불균일한데, 이는 횡방향 수축의 직접적인 영향으로 생각된다. 다시 말해서, 최고치의 스트레치는 최고치의 수축이 발생하는 웨브의 가장자리부에서 발생한다.

또한 동일한 종이샘플에 대해 기계방향의 인장강도와 횡기계방향의 인장강도를 비교하였다.

인장강도라함은 소정의 조건하에서 종이 샘플 파단전에 발생하는 최대 인장응력을 말하는 것으로, 이는 통상 힘/종이의 폭단위로 표시한다.

후술하는 바와같이, 기계방향 인장강도는 매우 균일한데, 이것 역시 횡방향으로의 변화가 없는 기계방향 인장력에 의해 부분적으로 영향을 받기 때문이다. 그러나, 횡방향 인장강도는 횡방향 인장강도는 비균일 하며, 약간 포물선 형상의 그래프가 그려진다. 최대치의 횡방향 수축이 발생하는 웨브의 가장자리 근처에서는 최소치의 인장강도가 발생한다.

전술한 실험으로부터 웨브의 중심부에서의 횡방향 수축 억제력이 증가하면 인장강도의 증가와 함께 스트레치가 감소함을 알 수 있다.

횡방향 인장강도는 횡방향으로 변화하고, 기계방향 인장강도는 매우 균일하게 유지되므로 인장강도비 또한 변화한다(웨브의 가장자리에서 인장강도는 최고치가 된다).

인장강도비는 횡방향 인장강도 대 기계방향 인장강도비로서, 이에 대해서는 이하에서 상술한다. 동일한 웨브샘플에 대해 TEA 실험을 실시하였다. 횡방향 TEA는 횡방향의 비균일도를 반영하였다. 그러나, 이 TEA치는 CD스트레치와 같은 정도의 변화를 나타내지는 않는데, 이는 기계중심 부근의 스트레치 손실이 인장강도의 증가에 의해 상쇄되기 때문이다.

웨브 가장자리 부근에서 발생하는 수축증가는 헤드박스의 성능에 악영향을 미친다. 리일(reel)에서의 레벨바이어스(level basis) 중량을 발생시키기 위해 웨브 가장자리 부근의 슬라이스 구멍은 폐쇄되어야 한다. 이같이 슬라이스 구멍을 폐쇄시키면 웨브가장자리 부근의 바이어스 중량이 감소하여 웨브가장자리에서 발생하는 높은 수축이 보상된다. 이와 같이 바이어스 중량이 감소하면 종이는 그 가장자리가 경량인 상태로 프레스부 및 건조부를 통과한다. 이 종이의 가장자리는 이 가장자리가 수축함에 따라 무거워지게 된다.

바이어스 중량이라 함은 특정 바이어스 치수로 절단한 림(ream)의 중량 (파운드)로서, 1립의 통산 500매의 종이로 되어 있다.

전술한 비균일한 슬라이스 구멍은 횡유동(cross flow)을 유발시킴에 의해 섬유 배향의 비틀어짐을 야기한다고 알려져 있다.

전술한 종이샘플의 섬유 배향을 음파계수(sonic modulus)를 이용하여 측정하였다. 섬유배향은 기계방향에 대한 포락선의 주축선의 각도로서 나타낸다. 양의 각도는 섬유가 웨브의 후면을 향해 배향된 것을 나타내고, 음의 각도는 섬유가 전면을 향해 배향된 것을 나타낸다.

모든 섬유들은 예상한 바와 같이 기계의 중심선을 향해 배향되었는데, 이것은 웨브가장자리의 수축을 보상하기 위해 웨브 가장자리 부근에서 폐쇄되기 때문이다.

전술한 바와같은 수축억제상태로 건조한 웨브는 수축억제되지 않은 상태로 건조한 사판웨브보다 이점이 있다.

균일한 슬라이스 개구를 가진 레벨 중량을 달성하기 위해서는 횡방향 수축을 제어해야 한다. 횡방향 수축은 습기제거시 발생하므로 대부분의 수축은 물이 번지는 오픈드로우(open draw) 위치에서 발생한다. 수축을 줄이기 위해서는 상기 오픈 드로우를 철저한 수축억제수단으로 대체해 주어야 한다.

오픈 드로우를 제거하기위한 일반적인 장치는 단일 펠트 건조부 또는 s자 곡선을 이루는 건조장치이다. s자 곡선의 건조 장치는 오픈 드로우를 제거할 수는 있으나, 오픈 드로우를 철저한 수축 억제와 대체하는 것은 아니며, 웨브의 일면만을 건조시킨다.

그러나, 전술한 토탈벨런에서는 그 s자 곡선을 이루는 건조기중 하측의 기능 불능 건조기를 진공로울로 대체한다. 이 장치에서는 미합중국 특허출원 제 014,569호에 기재되어 있는 바와 같이 상부의 펠티드 단일 건조기 그룹과 하부의 펠티드 단일 건조기 그룹 사이에서 교호시킴에 의해 양면 건조가 유지된다.

전술한 단일 건조기 그룹의 중간 진공 로울은 후술하게될 실험실용 직물 진공 박스와 같은 작용을 한다. 진공은 웨브가 건조기 사이에서 이송될 때 건조기 직물 압력에 의해 가해지는 수축억제력을 유지한다.

종래의 s자 곡선은 블로우박스에서 발생되는 진공은 통상 0.1-0.2 인치수주(inches uater column)로서, 이는 수축 억제력을 제공하기에는 불충분하다. 또한, 이같은 저수준의 진공은 전체진공건조기에 주위에 연장되지 않는다. 상부 건조기들 사이에서 웨브 길이가 보다 길게되어 있으므로 종래의 s자곡선형 펠트 건조기부에서의 건조 사이클중 상당 부분은 수축억제되지 않은 상태로 진행한다.

진공로울의 6-8인치 수주 수준의 진공수준은 건조기 직물에 의해 가해지는 억제력과 동일하다. 이러한 진공수준은 또한 확실한 수축억제를 위해 요구되어지는 수준이다.

여러 가지 실험에 사용된 웨브 수축억제력을 연속적으로 가하였으며, 상용 제지기의 특성 향상을 달성하기위하여 웨브가 최대로 수축하는 부분에 연속적으로 건조 수축억제력을 가하였다. 자연 발생적인 수축 억제력이 가해지지 않은 수축 특성을 측정하기 위해 실험용 제지기에 대해서 여러 가지 실험을 실시하였다.

사용된 제지기에서 웨브가 40-60% 건조 상태가 되었을 때 횡방향 수축은 매우 낮다. 웨브의 건조상태가 60%에 이르면 수축이 증가하여 웨브가 거의 건조할때까지 높은 건조율로 계속 증가한다.

s자 형 곡선 건조기 그룹 또는 경우에 따라 단일 건조 그룹 건조기를 건조부의 젖은 단부에 사용하였다. 이는 제지기의 작동성능을 향상시키기 위해 사용한 것이었다. 그러나, 60%이상의 건조상태에서 수축이 증가되므로, 종이의 특성을 개선하기 위해 그리고 제지기의 작동성능과 웨브의 질을 개선하기 위해 제지기의 건조 단부 부근에 단일 그룹의 건조부를 설치해야 하며, 전술한 미합중국 특허 제 014,569호에 기재되어 있는 바와 같이 전체 건조기부에 단일 그룹의 건조기부를 설치해야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 건조방법의 단점을 해소하는 건조방법을 제공하는 것이며, 종이 건조기술에 지대한 공헌을 할 수 있는 건조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 건조기부에서 종이웨브를 수축억제상태로 건조하는 방법을 제공하는 것으로 이 방법은 웨브와 펠트가 건조기부의 건조기 둘레를 통과하는 동안에 웨브에 펠트를 감는 단계 및 이어서 건조기의 하류측에 배치된 안내장치의 일부의 둘레에 웨브를 감아서 웨브의 가장자리의 말림을 최소화시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또다른 목적은 웨브가 안내장치를 통과하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하며, 웨브의 가장자리의 말림을 방지하는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 종이웨브의 가장자리의 주를 입상성을 감소시키기위한 종이웨브의 수축억제 건조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 슬라이스 구멍을 더욱 균일하게 하여 횡방향의 섬유배향을 개선하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 첨부한 도면을 참고하여 설명한 본 발명의 상세한 설명 및 첨부한 특허청구의 범위로 부터 명확해질 것이다.

발명의 요약

본 발명은 종이 웨브의 수축 억제 건조 방법에 관한 것으로, 이방법은 웨브와 펠트가 건조기부의 건조기둘레를 통과하는 동안에 웨브에 펠트를 감는 단계 및 이어서 건조기의 하류측에 배치된 안내장치의 일부의 둘레에 웨브를 감아서 웨브의 가장자리의 말림을 최소화시키는 단계를 포함한다.

보다 상세하게는 본 발명의 방법은 회전식 원통 건조기의 외면의 일부의 둘레를 웨브가 통과하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하는 단계, 상기 웨브를 건조기로부터 이건조기의 하류측에 인접 설치된 웨브안내장치로 이송시키는 단계, 안내장치에 외면의 일부의 둘레에 웨브를 감는단계 및 웨브가 안내장치를 통과하는 동안에 웨브의 횡기계 방향수축을 억제하여 웨브의 가장자리 말림을 방지하는 단계를 포함한다. 특히 상기 외면의 둘레를 웨브가 통과하는 동안에 웨브의 수축을 억제하는 단계는 웨브가 펠트와 상기 외면 사이에 개재하도록 웨브를 펠트로 감아서 이 펠트가 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하도록 하는 단계를 포함한다.

또한, 웨브를 건조기로부터 웨브안내장치로 이송시키는 단계는 웨브가 펠트와 건조기 사이에 배치되도록 건조기로부터 웨브안내장치까지 웨브와 펠트를 결합된 상태로 통과시키는 단계를 포함한다.

또한, 안내장치의 외면의 일부의 주위에 웨브를 감는 단계는 펠트가 안내장치의 외면의 일부와 웨브사이에 개재하도록 웨브와 이 웨브의 접촉 배치된 펠트를 안내장치의 외면의 일부의 주위에 감는 단계를 포함한다. 또한, 상기 안내장치의 외면의 일부의 둘레에 웨브와 펠트를 감는 단계에는 펠트와의 마찰접촉에 의해 안내장치를 회전시키는 단계가 포함한다.

상기 안내로울을 통과하는동안에 웨브의 수축을 억제하는 단계는 회전식 안내로울인 안내장치의 외면과 웨브사이에 펠트를 개재시켜 웨브가 회전식 안내로울의 둘레을 통과하는 동안에 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하는 단계를 포함한다.

상기안내로울을 통과하는 동안에 웨브의 수축을 억제하는 단계는 웨브와 펠트가 안내로울을 통과하는 동안에 웨브와 펠트가 가압밀착되도록 웨브쪽에서 안내로울쪽으로 공기류를 송풍시킴에 의해 웨브의 횡기계방향 수축을 억제하는 단계를 포함한다.

본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Description

[발명의 명칭]

종이웨브의 수축억제 건조방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 전형적인 종래의 이중 펠트 건조기부의 측면도.

제2도는 웨브의 전방 가장자리로부터 후방가장자리의 수축율(%)을 보여주는 그래프.

제3도는 기계방향의 신장율과 횡기계 방향의 신장율의 비교 그래프.

제4도는 기계방향의 신장율과 횡기계 방향의 웨브인장 강도의 비교그래프.

제5도는 웨브의 전방 가장자리로부터 후방 가장자리까지의 웨브의 인장강도비 그래프.

제6도는 기계방향과 횡기계방향에 대한 웨브의 전방 가장자리로부터 후방가장자리까지의 웨브의 인장에너지 흡수 그래프.

제7도는 웨브의 전장 가장자리로부터 후방 가장자리까지의 건조중량 그래프.

제8도는 제7도의 건조중량을 얻을 수 있도록 구성된 구멍형상을 가지는 헤드박스의 슬라이스 형상.

제9도는 웨브의 전방 가장자리로부터 후방 가장자리까지의 웨브의 섬유 배향그래프.

제10도는 기계방향과 횡기계방향의 수축을 비교하고, 웨브의 수축상에 미치는 웨브 진공수축억제효과를 보이는 그래프.

제11도는 제9도와 유사한 그래프로서 샘플의 스프레치에 미치는 웨브 진공수축억제효과그래프.

제12도는 샘플 인장강도에 미치는 웨브진공 수축억제를 보이는 그래프.

제13도는 샘플 TBA에 미치는 웨브진공 수축억제 효과를 보이는 그래프.

제14도는 단일 펠트 건조기부 또는 S자곡선형 런 또는 유노-런(Uno-run)건조기부의 측면도.

제15도는 미합중국 특허 제 014,569호에 기재되어 있는 토탈벨런 단일 그룹의 건조기부의 측면도.

제16도는 기계방향과 횡기계방향의 샘플 수축특성을 보여주는 그래프.

제17도는 가습팽창도에 미치는 수척억제 및 비수축억제효과의 비교그래프.

제18도는 자유 건조된 웨브의 표면을 보여주는 현미경 사진.

제19도는 수축억제건조된 웨의 표면을 보여주는 현미경사진.

[도면의 상세한 설명]

제1도는 상부그룹(13)을 구성하는 건조기(11), (12)를 포함하는 전형적인 이중 펠트 건조기부(10)의 측면도로서, 이 건조기부(10)에는 또한 하부 그룹(16)을 구성하는 하부건조기 (14), (15)를 포함한다. 웨브(W)는 건조기 (14), (11), (15), (12)를 통해 S자 곡선을 이루며 이송되어 웨브의 양면이 건조기 (14), (11), (15), (12)의 외면 (17), (18), (19), (20)에 접촉함에 따라 웨브의 양면이 모두 건조될 수 있게 된다. 상부 펠트 (21)은 안내로울 (22)의 둘레로부터 건조기(11)의 두레로 연장되고, 이어서 안내로울(23)과 상부건조기(12)의 둘레까지 연장된다. 하부펠트(24)는 건조기(14), 하부안내로울(25), 건조기(15) 및 하부안내로울 (26)으로 연장한다.

위의 종래기술의 건조기부는 웨브가상, 하부건조기 (11), (12), (14), (15)의 둘레를 통과하는 동안에 웨브가 수축하는 것을 억제하기는 하지만, 웨브가예로써, 건조기(14)와 (11)사이의 위치에 존재하는 동안에는 지지되지 않은 상태로 비수축억제 상태가 된다. 이같이 저지되지 않은 웨브는 오픈드로우(27)로 공지되어 있다. 웨브(W)가 오픈드로우(27)상태일때는 저지되지 않은 상태이므로 웨브의 횡기계방향 수축이 발생하고, 이에 따라 가장자리 말림, 입상성 및 가장자리 주름이 발생한다.

제2도는 거의 포물선 그래프를 나타내는 매우 불균일한 수축이 발생하는 정밀 제지기의 실험결과 그래프이다. 예사된 바와 같이, 최고치의 수축은 최소치의 횡기계방향수축억제가 가해진 위치의 가장자리에서 발생하였고, 최저치의 수축은 웨브의 중심부, 즉 그 외부로부터 적어도 부분적인 수축억제력을 받는 부분에서 발생하였다. 제2도의 그래프에서 X축은 샘플웨브의 전방 가장자리로부터 후방 가장자리까지의 측정치를 도시하였고, 수축량은 웨브의 초기의 폭에 대한 백분율(%)로 나타내었다.

제3도는 웨브의 특성변화를 측정하기 위해 실험실에서 실험한 횡방향종이 샘플에 대한 그래프로서, 기계방향 웨브강도와 횡기계방향웨브강도가 표시되어 있다. 기계방향의 스트레치는 기계방향의 인장력을 받으므로 횡방향에 비해 매우 균일하다. 그러나, 도시된 바와 같이 횡기계 방향 스트레치는 매우 불균일하다. 그래프(28)과 그래프(29)를 비교해보면 횡방향 수축의 직접적인 영향을 인식할 수 있다. 즉, 최고치의 스트레치는 최고치의 수축이 발생하는 웨브의 가장자리부에서 발생한다.

제4도의 그래프는 횡기계방향(30)에 대한 웨브 인장강도 그래프와 기계방향(31)에 대한 그래프가 포함되어 있다. 제4도의 기계방향 인장강도는 균일하지 않고 약간 일그러진 쌍곡선 형태를 나타낸다. 최소치의 인장강도는 횡기계방향의 수축이 최대치가 되는 부분의 웨브 가장자리 부근에서 발생한다.

위의 데이터로부터 기계중심에서와 같이 횡기계방향 수축억제가 증가하면 인장강도의 증가와 함께 스트레치는 감소함을 알 수 있다.

횡기계 방향의 인장강도는 횡방향에서 변화하고, 기계방향의 인장강도는 매우 균일하게 유지되므로 인장강도비도 또한 변화한다. 제5도의 인장강도비 그래프(32)에 도시되어 있는 바와같이 가장자리에서의 인장강도비는 최대치가 된다.

제6도에는 2개의 그래프(33), (34)가 도시되어 있는데, 그래프(33)은 기계방향의 웨브의 TEA를 나타내고, 그래프(34)는 횡기계방향의 웨브의 TEA를 나타낸다.

동일한 샘플에 대해 TEA를 측정하였다. 제6도의 횡기계 방향측정치는 횡기계방향의 스트레치의 비균일성을 나타내고 있다. 그러나 위의 TEA는 횡기계방향의 스트레치의 변화를 충분히 나타내지 못한 것인데, 그 이유는 기계중심부근의 스트레치 손상이 부분적으로 인장강도의 증가에 의해 상쇄되기 때문이다.

웨브의 가장자리 부근에서 발생하는 릴(reel)에서의 레벨 바이어스 중량을 발생하기 위해서는 슬라이스 구멍이 웨브 가장자리 부근에서 폐쇄되어야 하는데 웨브 가장자리에서의 바이어스 중량감소는 웨브 가장자리에서 발생하는 높은 수축을 보상한다. 이에 의해 종이웨브는 가벼운 웨브가장자리를 유지한 채로 프레스부 및 초기 건조부로 진행한다. 상기 가벼운 웨브 가장자리는 수축에 의해 결국에는 무거워진다.

제7도는 샘플웨브의 전방 가장자리로부터 후방 가장자리까지의 건조중량을 도시한 그래프(35)이다. 제8도는 제7도의 결과를 얻는데 요구되는 슬라이스의 형상을 보여주는 그래프로서, 도시되어 있는 바와같이 슬라이스 구멍은 수축후 비교적 균일한 웨브를 얻기 위해 각 가장자리에서 치수가 축소되어 있다.

샘플의 섬유 배향은 음파계수의 측정에 의해 측정하였다. 제8도는 웨브의 전방으로부터 후방까지의 음파계수치를 도시한 것으로, 실제의 측정치로 표시하였다. 반면에 그래프(36)은 평균적인 섬유배향을 나타내고 있다. 섬유 배향은 기계방향에 대해 계수포락선의 주축선이 이루는 각도로 표시된다. 양의 각도는 섬유가 후방측으로 배향된 것을 나타내고, 음의 각도는 섬유가 전방측으로 배향된 것을 나타낸다.

사용한 샘플에서 모든 섬유는 예상한 바와같이 기계중심선을 향해 배향되어 있는데, 이는 슬라이스 구멍이 가장자리 수축을 보상하기 위해 가장자리 부근에서 폐쇄되었기 때문이다.

실시예

실험실에서 수제작 종이웨브 실험을 여러번 시행하였는데 이 실험 결과 건조중에 웨브의 수축억제가 증가되면 스트레치가 감소되고 인장강도가 증가되며 탄성계수가 증가된다.

실험시 수제작 웨브 대신에 샘플이 실험용 2중 와이어 기계에서 상용속도로 제조되었다. 그후 이들 웨브는 진공상자에 의해 지지되는 건조직물상에서 건조된다. 분리된 웨브는 여러 가지 수준의 웨브수축억제을 부여하도록 상기 진공상자 내에서 진공도를 달리하여 건조되었다.

상기 상자에 진공이 안되면 기계로 만들어진 웨브는 수축억제되지 않을 수 있다. 가공방향의 총수축물은 약 1%이며, 가공방향의 횡방향 총수축률은 제9도에 도시한대로 약7%이었다. 그러나 진공도가 증가됨에 따라 수축률은 점차로 감소되었다.

상기 샘플에 대한 웨브의 특성 즉, 스트레치, 인장강도, 탄성계수에 대해 제10도 내지 제13도에 도시되어 있다. 상기 특성들에서도 밀실험에 의해 나타난 바와 동일한 경향을 나타내었다. 가공방향의 횡방향의 수축억제의 증가(상용기계에 중앙 샘플에 의해 수행되고 실험연구시 진공상자에 의해 유도된)로 인해 마무리된 웨브의 특성에도 동일한 변화가 있게 된다.

특히 제 10도는 그래프(37)로 도시된 가공방향과 그래프(38)로 표시된 횡방향으로의 웨브의 수축에 대한 진공수축억제효과를 도시한다.

제11도는 샘플 스트레치에 대한 웨브의 진공수축억제효과 및 가공 방향에 대한 그래프(39)와 가공방향의 횡방향에 대한 그래프(40)를 도시한다.

제12도는 가공방향 그래프(41)와 횡방향 그래프(42)로 나타난 샘플의 인장강도에 대한 웨브 진공수축 억제 영향을 도시한다.

제13도는 가공방향 그래프(43)와 횡방향 그래프(44)로 도시한 샘플 TEA에 대한 웨브진공수축억제영향을 도시한다.

균일하지 않은 슬라이스 개구 없는 레벨중량 프로파일을 얻고 균일한 횡방향 특성 프로파일을 갖는 종이웨브를 만들기 위해 가공의 횡방향 수축을 제어할 필요가 있다. 수축은 습기가 제거될 때 발생되기 때문에 대부분의 수축은 물이 흘러가는 개방 인발시에 발생한다. 수축을 감소시키기 위해 개방인발은 계류중인 미합중국 특허 출원 제014,569호에 개시되어 있는 것과 같은 양 수축억제 수단으로 대체되어야 한다.

개방인발을 제거하기 위한 통상의 상용설비는 제14도에 도시되어 있는 단일펠트 또는 사행식 건조기이다.

제14도를 보면 건조기(100,101,102)는 상부층(103)을 이루며 건조기(104,105)는 하부층 (106)을 이룬다. 웨브(WA)와 펠트(F)는 결합되어 건조기 (100,104,101,105,102) 주위의 사행형체로 주행된다. 취입상자(blow box)(107,108)이 건조기 사이로 웨브의 이동중에 웨브를 펠트쪽으로 인발하지만 진공상는 웨브의 수축억제를 충분히 하기에는 부족하다. 상기 설비가 개방 인발을 제거하긴 해도 이 설비는 개방인발을 수축억제로 대체하지 못하며 단지 한측에서만 웨브를 건조시킨다.

제15도에는 단일층(203)을 이루는 건조기(200,201,202)를 포함하는 계류중인 미합중국 특허출원 제014,569호에 기재된 설비가 도시되어 있다. 진공안내롤(204)은 건조기(200,201)사이에 배치된다. 또한 다른 안내물(205)은 건조기(201,202)사이에 배치된다. 이러한 배열로 제14도에 도시된 사행형체부의 하부의 효과가 없는 건조기는 제거되거 진공롤(204,205)로 대체된다. 이 설비에서 계류중인 미합중국 특허출원 014,569호에 도시된 바와 같은 상부 펠트와 하부펠트 단일 열부분을 교번시킴으로써 웨브 양측의 건조가 이루어진다.

상기 단일열 부분의 중간 진공롤(204,205)은 전술한 실험연구에 사용되는 직물 진공상자와 같은 작용을 한다. 이 진공은 웨브가 건조기 사이로 이송될 때 건조기 직물 압력에 의해 가해지는 수축억제를 유지한다.

종래의 사행형상 취입상자에 의해 유도된 진공은 대개 약 0.1내지 0.2 인치 수두이며 제9도에 도시한 바와 같은 충분한 수축억제를 부여하기에는 적당하지 않다. 또한 이 낮은 진공압은 전하부 건조기 주위로 연장하지 않으며 상부건조기 사이에 웨브의 길이가 길면 웨브는 종래의 사행형 건조부에서 건조싸이클의 주요부에 대해 수축억제되지 않은채 남아 있다.

진공롤 내에 6내지 8인치의 수두압을 갖는 진공압은 건조된 직물에 가해지는 수축억제와 대체로 동일하다. 이는 또한 제9도에 도시한 바와 같은 웨브의 충분한 수축억제에 필요한 진공수준이다.

상기 실험연구에 사용되는 웨브수축억제는 계속된다. 상용기계에서도 동일하게 특성을 향상시키기 위해 건조수축억제는 계속되어야 하거나 적어도 웨브가 가장많이 수축되는 부분에서는 계속되어야 한다. 본래의 수축특성 즉, 수축억제되지 않은 수축성을 측정하기 위해 실험용 기계에서 샘플에 대해 특정시험이 행하여졌다. 이들 샘플중 하나에 대한 시험결과가 제16도에 도시되어 있다. 그래프(300,301)로 각각 표시된 바와 같이 가공방향 및 가공의 횡방향 수축을 도시한 제16도를 보면 수축은 웨브가 40 내지 60%가 건조될 때 매우 낮음을 알 수 있다. 웨브가 60% 건조되면 수축이 증가되어 그 증가가 웨브가 거의 건조될 때까지 배출속도로 계속된다.

진공안내롤이 없는 사행형의 단일열 건조기는 건조부의 습윤단부에 이용되었다. 이렇게 하는 것은 주행성을 향상시키기 위한 것이다. 그러나 제16도의 결과에 따르면 단일열 건조부는 기계의 건조단부 근처에 이용되어야 한다.

건조중에 웨브수축억제로 인한 웨브질을 향상시키는 것이외에 최근의 작업으로 수축억제하에 건조된 웨브에서 가습팽창이 상당히 감소되었음을 알게되었다. 제17도에 도시한 이들 결과를 보면 웨브가 수축억제하에 건조되면 웨브는 더욱 안정되고 웨브의 기습팽창율은 가압 및 미세화의 결과로 인한 미세함량으로 야기되는 웨브 밀도 변화에 영향받지 않음을 알 수 있다.

수축억제하에 건조된 웨브는 자유로이 건조된 웨브와는 상당히 다르다.

수축률이 감소되면 비틀림, 주름짐, 연부가 입자형될 가능성이 적어진다. 상기 웨브의 결점을 모두 가습팽창으로 유도되어 밀도, 충전재분포, 미세분포 및 섬유배향에 의해 Z방향으로 비균질성으로 나타나게 된다. 가습팽창율을 감소시킴으로써 상기 결점들은 상당히 감소되거나 제거될 수 있다. 제17도는 가습팽창에 대한 수척억제의 영향을 도시한 것으로 상부그래프(400,401,402)는 자유롭게 건조된 웨브에 대한 것을 나타내고 그래프(403,404,405)는 수축억제하에 건조된 웨브를 나타낸다.

제18도는 제19도에 도시한 현미경 사진은 가공의 횡방향으로 수축억제되는 기계중심에서 취한 웨브의 섬유표면 특성과 수축억제되지 않은 연부에서 취한 웨브의 섬유표면특성을 비교한 것이다. 이들 현미경 사진에는 실험실에서 건조된 샘플에서와 같이 섬유 킹크(kink) 및 두께의 동일한 감소가 도시되어 있다.

요약하면 건조공정 중에 생기는 횡방향 웨브의 수축은 매우 균질하지 못하다. 이 불균일한 수축은 가공의 횡방향 스트레치, 인장강도, 탄성계수 및 TEA 프로파일에 직접 영향을 미친다. 릴에서 레벨 기준 중량 프로파일을 달성하기 위해 헤드박스 슬라이스 개구는 연부수축을 재보상하기 위해 연부 근처만큼 감소되어야 한다. 그로인해 불균일한 수축은 섬유배향에 간적접으로 영향을 미치고 중간에 진공롤을 갖는 단일열 건조부는 횡가공 방향 수축을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 중간롤 즉 안내롤에서 6내지 8수두압을 갖는 진공도는 건조기 직물 압력에 의한 가해지는 수축억제를 계속하게 하고 연부의 수축을 상당히 감소시킨다.

이와같이 수축을 조절함으로써 횡방향의 균일한 특성 프로파일을 얻을 수 있으며, 슬라이스 개구가 일정 레벨로 유지되며, 섬유 배향의 횡가공 방향의 변화를 감소시키고, 비틀림, 주름짐 연부가 입자형으로될 가능성을 최소화하게 된다. 또한 미합중국 특허출원 제014,569호에 기재한대로 웨브는 건조부 사이를 이동중에 수축 억제되고, 웨브의 수축억제는 적어도 6인치 수두압의 진공으로 제공된다.

Claims (3)

1. 제지기의 건조부의 습윤 단부 및 건조 단부를 관통하여 연속적으로 연장되는 종이 웨브를 수축억제식으로 건조시키기 위한 방법에 있어서, 종이 웨브 및 건조펠트를 서로 접촉적으로 이동시켜, 웨브 및 펠트가 회전 건조기의 가열된 표면의 일부분을 감싸도록 하여 웨브가 상기 펠트와 상기 가열된 표면의 사이에 배설되도록 함으로써, 기계 교차방향에서 웨브의 수축이 억제되도록 하는 단계,

   건조기에 관하여 하류에 배설되는 진공 안내 롤 둘레를 따라 웨브 및 펠트를 서로 접촉되는 방식으로 안내하여, 웨브가 건조기와 안내 롤사이에서 최소의 펠트 당김으로 통과되는 동안 웨브가 펠트에 의해 지지되도록 함으로써, 웨브 및 펠트가 안내 롤의 상기 표면의 일부분을 감싸고 있을 때 펠트가 웨브와 안내 롤사이에 배설되도록 하는 단계,상기 안내 롤을 6인치 수두 이상의 진공원에 연결시켜, 웨브 및 펠트가 상기 안내 롤을 감싸고 있을 때 펠트를 관통하여 웨브에 진공이 인가되도록 함으로써 웨브 및 펠트가 안내 롤을 감싸고 있을 때 웨브가 펠트와 함께 일체적으로 당겨지도록 하여, 안내 롤의 둘레를 따른 웨브의 이동중 기계교차방향에서 웨브의 수축이 억제되도록 하는 단계, 및 안내 롤의 직하류에 배설되는 다른 건조기의 둘레를 통하여 웨브 및 펠트를 접촉적으로 안내하는 단계로 구성되고: 상기 건조기 및 상기 다른 건조기는 건조부의 습윤 단부에 관한 하류에서의 웨브의 이동중 웨브를 건조시키기 위한 단일의 층상 건조부의 일부분으로 되어, 특히 상기 건조부의 건조 단부에서의 웨브의 건조중 웨브의 기계 교차방향 수축이 억제되고 결과적으로 얻어지는 웨브의 가장자리 말림 및 주름잡힘이 최소화되도록 하는 것을 특징으로 하는, 제지기의 건조부의 습윤 단부 및 건조 단부를 관통하여 연속적으로 연장되는 종이 웨브를 수축억제식으로 건조시키기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 웨브의 건조도가 40내지 60%에 도달될 때 상기 수축 억제식 건조가 수행되게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 웨브의 건조도가 60%를 초과할 때 상기 수축억제식 건조가 수행되게 되는 것을 특징으로 하는 방법.